各類水體中廣泛檢出的抗生素雖然濃度低，但仍對水生態(tài)系統(tǒng)安全和公共衛(wèi)生構成了嚴重威脅。非均相PMS活化技術在解決這一問題方面具有巨大的潛力，但開發(fā)具有兼容傳質和高效金屬位點的催化劑，以實現(xiàn)低濃度的親水性PMS活化和疏水性抗生素高效去除，仍然是其實際應用的關鍵阻礙。
 

　　近期，中國科學院城市環(huán)境研究所跨介質污染防治材料與裝備創(chuàng)新團隊在非均相過硫酸鹽(PMS)催化降解新污染物抗生素方面取得了新進展，成功設計開發(fā)了一種仿蛋白結構催化劑。本研究報道了一種仿蛋白多級結構催化劑AC-LDH@Co(OH)2，其基底為超級活性炭/層狀雙金屬氫氧化物復合物(AC-LDH)，具有仿蛋白的空間分區(qū)親水性，可同時促進親水/疏水物質的協(xié)同傳質過程。同時，LDH穩(wěn)定分散并優(yōu)化了薄層包邊Co(OH)2結構中Co位點的電子云分布。實驗結果表明，僅需0.075 mM的PMS投加，該催化劑即可在15 s內去除水體中80%的抗生素，且不影響出水pH。此外，該催化劑對多種不同抗生素、在不同水體常見陰離子干擾下、均具有超快降解性能，且對多種實際水基質適應良好；循環(huán)膜催化和連續(xù)固定床反應器也驗證了其實際應用過程中的安全性與穩(wěn)定性；相較于純Co(OH)2，仿蛋白AC-LDH@Co(OH)2催化劑的制造成本和使用成本均更低。本工作強調了傳質優(yōu)化在高效處理低濃度新污染物中的重要性，為開發(fā)高效高級氧化催化劑及新污染物廢水可持續(xù)處理提供了仿生設計新思路。
 

　　相關研究成果以Mimicking the protein: hierarchically hydrophilic Co(OH)2 boosted peroxymonosulfate activation for ultrafast antibiotics degradation為題，發(fā)表于Advanced Functional Materials期刊上。城市環(huán)境研究所博士后張健為第一作者，謝佳芳副研究員與鄭煜銘研究員為共同通訊作者。該研究工作得到了科技部重點研發(fā)計劃和中國科學院國際伙伴計劃等項目的支持。

 

圖1. 仿蛋白AC-LDH@Co(OH)2催化劑活化PMS降解抗生素示意圖